Ce mémoire de thèse présente une étude de l’identification des candidats tau par différents algorithmes dans les collisions pp au LHC et impliquant différents processus physiques : électrofaibles, ...production de quarks top, SUSY et QCD. Les leptons tau sont identifiés géométriquement dans la voie de désintégration hadronique car les jets issus de ces désintégrations sont généralement plus étroits et mieux isolés que les jets QCD. Une discrimination supplémentaire est appliquée en exigeant la présence d’un des modes de désintégration hadronique dominants du tau contenant un ou trois pions chargés et jusqu’à deux pions neutres. Les jets QCD produits en très grande quantité dans les collisions proton-proton du LHC constituent une source de bruit de fond importante pour les analyses impliquant l’identification de leptons tau. L’analyse des jets QCD produits dans le LHC pour les études de mauvaise identification porte sur 36 pb−1 de données enregistrées par le détecteur CMS pendant l’année 2010. Les efficacités d’identification et les taux de mauvaise identification nous révèlent une forte dépendance en les caractéristiques de l’évènement étudié : les efficacités sont globalement plus basses dans les évènements présentant une activité hadronique importante comme les évènements SUSY et tt que dans les évènements QCD mous et électrofaibles. Les effets de l'environnement sur l’identification de tau sont paramétrés à l’aide de deux variables globales : somme(ET) et la multiplicité de hadrons chargés. Les efficacités chutent typiquement de 80% entre les multiplicités de hadrons les plus faibles et le plus fortes.
The work presented in this thesis deals with tau identified by different algorithms in pp collision at LHC and in various kind of physics processes : Electroweak, top quark production, SUSY and QCD. Tau leptons are geometrically identified in their hadronic decay mode because the jets coming from those decays are generally more collimated and isolated than QCD jets. An additional discrimination is applied in asking the presence of one of the dominant # decay modes containing one or three charged pions and up to two neutral pions. The QCD jets produced in large quantities in LHC proton-proton collisions constitute a large background source for analyses involving tau-ID. The analysis of QCD jets produced in LHC for fake-rate studies processed 36pb−1 of data registered during year 2010. Identification efficiencies and fake-rate distributions reveals a strong dependency on event type : distributions are globally lower in events having a large hadronic activity like SUSY and tt events than in electroweak and QCD events. The environment effects of the collision on the identification of tau leptons can be parameterized by two global variables : somme(ET) and charged hadron multiplicity. Efficiencies drop down by 80% between the lowest and the highest charged hadron multiplicities.
La notion de symétrie de jauge est au coeur de notre compréhension de l'interaction électrofaible et permet d'expliquer l'ensemble des observations expérimentales actuelles. Pourtant, ...l'incompatibilité intrinsèque entre l'invariance de jauge et la masse des particules nécessite d'introduire une nouvelle particule, le boson de Higgs, toujours non observée à ce jour. Cette thèse présente l'analyse de 7.3/fb de collisions protons-antiprotons à sqrt{s} = 1.96 TeV enregistrées par le détecteur D0 au Tevatron en vue de la recherche du boson de Higgs dans l'état final mu+tau. Cette analyse vient compléter les canaux principaux dimuons, électron-muon et diélectrons en exploitant également la désintégration H -> WW -> lvlv, majoritaire dans la fenêtre de masse accessible au Tevatron. L'état final contenant un lepton tau, leur identification parmi les jets a été améliorée d'environ 15% grâce au développement de plusieurs idées : l'ajustement des paramètres du réseau de neurones d'identification, la prise en compte de certaines dépendances cinématiques des performances de l'algorithme, l'exploitation du temps de vie du lepton tau et une étude exhaustive visant à inclure la mesure du détecteur de pieds de gerbe dans le processus d'identification. Dans un second temps, la recherche du boson de Higgs dans l'état final mu+tau étant dominée par le bruit de fond W+jets (où un jet est faussement identifié comme un lepton tau), une méthode a été élaborée pour obtenir une modélisation convenable de ce bruit de fond, non fournie par la simulation par défaut. Cette méthode est basée, entre autres, sur l'étude de la corrélation de charge entre le muon et le candidat tau qui permet de mesurer ce bruit de fond dans les données en excluant la région du signal. Ensuite, l'exploitation des cinématiques et/ou topologies différentes du signal et du bruit de fond a permis d'optimiser cette recherche atteignant alors une sensibilité attendue (observée) de 7.8 (6.6) fois le Modèle Standard pour une masse de 165 GeV/c2. Enfin, l'interprétation de l'analyse dans un scénario à quatre familles de fermions a été effectuée. Pour la première fois, cette analyse est incluse dans les combinaisons D0 et Tevatron présentées à Moriond EW et EPS 2011.
The gauge symmetry is the heart of our understanding of the electroweak interaction and describes all the current experimental results. However, the intrinsic incompatibility between the gauge invariance and the mass of particles leads to the introduction of a new particle, the Higgs boson, for which we have no experimental evidence as of today. This thesis describes the Higgs boson search in the mu+tau final state in 7.3/fb of protons-antiprotons collisions at sqrt{s} = 1.96 TeV collected by the D0 detector at the Tevatron. This analysis completes the golden channels (dimuons, electron-muon, dielectrons) exploiting the decay chain H-> WW ->lvlv, which is the main Higgs boson decay mode in the mass window accessible to the Tevatron. Since the final state includes a tau lepton, work was done to improve their identification among jets. An increase of 15% was achieved thanks to the the following : changing tuning parameters for the tau identification neural network, use of the kinematical dependence of the algorithm performances, incorporation of the tau lepton life time information and full study of the additionnal information coming from the central preshower measurements. Then, since the dominant background of the mu+tau Higgs boson search is W+jets (where one jet fakes a tau), a method was developed to obtain good modeling of this background, not provided by the default simulation. This method is based, among other things, on the charge correlation between the muon and the tau candidate which allows for calibration of this background in the data excluding the signal region. Finally, all the kinematic and/or topological differences between the signal and the background were exploited to optimize this search, reaching an (observed) expected sensitivity of 7.8 (6.6) times the Standard Model for mH = 165 GeV/c2. In addition, this result was also interpreted in a fourth fermion generation scenario. For the first time, this analysis is included in the D0 and Tevatron combinations, both presented at Moriond EW and EPS 2011.
